斜置IMU安装角的快速估计与补偿系统

摘要

本发明公开了一种微惯性捷联航姿系统中，斜置IMU安装角的快速估计与补偿系统，该系统采用了多坐标转换模式的快速估计与补偿系统对斜置放置IMU时产生的IMU信息进行处理；所述斜置IMU信息处理包括有传感器信息采集单元(1)、传感器消噪处理单元(2)、安装角估计单元(3)、传感器安装角补偿单元(4)。本发明利用IMU坐标系、机体坐标系和导航坐标系之间的坐标变换原理，采用IMU输出的三轴加速度信息f₂、三轴陀螺信息ω₂以及磁罗盘提供的初始磁航向信息φ，实现斜置安装角的准确估计，利用估计出的安装角对飞行过程中传感器信息进行实时补偿，从而提高微惯性捷联航姿系统的航姿精度。

主权项

1、一种微惯性捷联航姿系统中，斜置IMU安装角的快速估计与补偿系统，其特征在于：采用了多坐标转换模式的快速估计与补偿系统对斜置放置IMU时产生的IMU信息进行处理；所述斜置IMU信息处理包括有传感器信息采集单元(1)、传感器消噪处理单元(2)、安装角估计单元(3)、传感器安装角补偿单元(4)；传感器信息采集单元(1)对斜置IMU输出的加速度信息f0和角速度信息ω0进行采集与模数转换处理后，输出数字加速度信息f1和数字角速度信息ω1；传感器消噪处理单元(2)对接收的数字加速度信息f1和数字角速度信息ω1，采用阈值限定方法进行野点剔除获得无野点加速度信息和角速度信息，然后对无野点加速度信息和角速度信息采用IIR低通滤波方法进行降噪平滑处理，获得消除高频噪声后的降噪加速度信息f2和角速度信息ω2，并将f2、ω2输出给安装角估计单元(3)；安装角估计单元(3)利用接收的降噪加速度信息f2，首先按照姿态关系式Gatt可以得到导航坐标系OXnYnZn与IMU坐标系OXimuYimuZimu之间的俯仰角θnimu和横滚角γnimu，并利用磁罗盘可以得到导航坐标系OXnYnZn与IMU坐标系OXimuYimuZimu之间的磁航向角然后，利用俯仰角θnimu、横滚角γnimu和磁航向角按照坐标变换原理可以得到导航坐标系OXnYnZn与IMU坐标系OXimuYimuZimu之间的导航→IMU坐标变换矩阵然后，利用机体静止水平时的0度姿态角和磁航向角按照坐标变换原理可以得到机体坐标系OXbYbZb与导航坐标系OXnYnZn之间的机体→导航坐标变换矩阵最后，利用所求的两个坐标变换矩阵和按照坐标变换原理可以得到IMU坐标系OXimuYimuZimu与机体坐标系OXbYbZb之间的IMU→机体坐标变换矩阵所述姿态关系式式中，fximu表示IMU中X轴加速度计的滤波输出值，fyimu表示IMU中Y轴加速度计的滤波输出值，fzimu表示IMU中Z轴加速度计的滤波输出值；所述导航→IMU坐标变换矩阵所述机体→导航坐标变换矩阵所述IMU→机体坐标变换矩阵T表示坐标变换矩阵的转置；传感器安装角补偿单元(4)接收安装角估计单元(3)传递的IMU坐标系与机体坐标系之间的坐标变换矩阵并利用此变换矩阵按照安装角补偿关系式Gcomp将IMU坐标系下IMU输出的加速度信息和角速度信息转换到机体系下，从而便于求解此后的航姿参数；所述安装角补偿关系式式中，fbx表示X轴加速度计坐标变换后机体系下的输出值，fby表示Y轴加速度计坐标变换后机体系下的输出值，fbz表示Z轴加速度计坐标变换后机体系下的输出值，ωbx表示X轴陀螺坐标变换后机体系下的输出值，ωby表示Y轴陀螺坐标变换后机体系下的输出值，ωbz表示Z轴陀螺坐标变换后机体系下的输出值。